乙醇正丙醇课程设计样本

1 设计任务

物料组成: 为乙醇30%、正丙醇70%( 摩尔分率) ;

产品组成:塔顶乙醇含量》99%, 塔底釜液丙醇含量》98%;

操作压力: 101.325kPa(塔顶绝对压力);

回流液温度: 为塔顶蒸汽的露点;

加热体系: 间接蒸汽加热, 加热蒸汽压力为5kgf/cm2( 绝压) ;

冷凝体系: 冷却水进口温度20℃, 出口温度45℃;

热量损失: 设备热损失为加热蒸汽供热量的5％;

料液定性: 料液可视为理想物系;

年处理量: 15000吨;

工作日: 每年工作日为65天, 每天24小时连续运行;

进料方式: 饱和液体进料, q值为1;

塔板类型:浮阀塔板。

厂址选地: 马鞍山市当涂县乌溪镇

2 设计方案

蒸馏装置包括精馏塔、原料预热器、蒸馏釜( 再沸器) 、冷凝器、釜液冷却器和产品冷却器等设备。蒸馏过程按操作方式的不同, 分为连续蒸馏和间歇蒸馏两种流程。连续蒸馏具有生产能力大, 产品质量稳定等优点, 虽然本课程设计中年处理量较小( 15000吨/年) , 但仍采用连续蒸馏的方式。

蒸馏过程根据操作压力的不同, 可分为常压、减压和加压蒸

馏。本设计中, 由于物料乙醇、正丙醇都是易挥发有机物, 因此常压操作, 塔顶蒸汽压力为大气压, 全塔的压力降很小。

由任务书给定, 进料热状况为泡点进料, 加热方式采用间接水蒸气加热, 设置再沸器。塔底设冷凝回流装置。

工艺流程设计:

图: 原料液的走向

考虑到蒸气压力对设备要求等各方面的影响, 选用的蒸气压力为5kg f/cm2

3 精馏塔物料衡算

3.1 物料衡算

已知数据: 乙醇的摩尔质量M A=46.07kg/kmol,

正丙醇摩尔质量M B=60.1kg/kmol

X f=0.30 X D=0.99 X W=0.02

原料处理量F=( 15000×1000) ／( 65×24×M A) =208.71kmol/h 总物料流量衡算W

=

F+

D

塔底物料流量衡算: w

D F D x x x x F W --⨯= =208.71

×﹙0.99-0.30﹚／

﹙0.99-0.02﹚ =148.46 kmol/h

=-=W F D 60.24 kmol/h

3.2 摩尔衡算

原料液及塔顶、 塔底产品的流量和平均摩尔质量

()B F A F F M x M M ⨯-+⨯=1x =55.89 kg/kmol

()B D A D VDM M x M x M ⨯-+⨯=1=46.21 kg/kmol

()B W A W W M x M x M ⨯-+⨯=1=59.82 kg/kmol

4 塔体主要工艺尺寸

4.1 塔板数的确定

4.1.1 塔板压力设计

常压操作, 即塔顶气相绝对压力p=110.925 kPa

预设塔板压力降: 6.0 kPa

估计理论塔板数: 16

估计进料板位置: 10

塔底压力: 110.925166.0325.101=⨯+=W P kPa

进料板压力: =进P 106.725 kPa

精馏段平均压力: =m P 104.025kPa

4.1.2 塔板温度计算

温度( 露点) -气相组成关系式:

0000B

A A p p p p p p y --⨯= (1) 温度-饱和蒸汽压关系式( 安托因方程) :

乙醇:

48

.23105.165233827.7lg +-=t p A (2) 正丙醇:

t p B +-=0.19314.137574414.6lg (3)

各层塔板压力计算公式:

()A B A A x p x p p -⨯+⨯=1 (4)

塔顶: 已知乙醇的气相组成y 为产品组成0.99, 操作压力为常压, 则经过联立( 1) 、 ( 2) 、 (3)可求得操作温度及组分饱和蒸汽压;

塔底: 已知乙醇组成0.02, 操作压力经初步计算为。经过联立( 2) 、 ( 3) 、 (4)并进行迭代可得实际操作温度及组分饱和蒸汽压。

( 计算过程使用excel 软件进行迭代计算)

结果如下:

塔顶: 78.625=D t ℃ 102.538=A p kPa 48.029=B p kPa

塔底: 100.065=W t ℃ 219.145=A p kPa 108.706=B p kPa